Отходы разгружают в приемный бункер, откуда грейферным краном их подают на питатель, а затем в дробилку с вертикальным валом. Измельченные отходы из дробилки перегружаются на ленточный конвейер, проходящий под сепаратором черного металлолома. Очищенный от черного металла материал направляется в метантенк (500 м3), где находится 10…16 суток при температуре 250С. При этом происходит сбраживание органической массы. Из каждой тонны ТБО получают 80…100 м3 газа, который поступает в газгольдер. Часть полученного газа откачивают компрессором и через уравнительную камеру направляют под давлением под слой перерабатываемого материала, что необходимо для перемешивания массы.
Твердая фракция из метантенка направляется в шнековый пресс для частичного обезвоживания и далее в рыхлитель. Затем материал попадает в цилиндрический грохот, где разделяется на массу, используемую как органическое удобрение и крупный отсев.
Из 1 т отходов получают 100 кг (80м3) биогаза, содержащего 65 % метана; 410 кг органического удобрения влажностью 40 %; 50 кг металлолома и балластных фракций (извлекают магнитным сепаратором и отбрасывают дробилкой); 450 кг крупного отсева с цилиндрического грохота; 120 кг составляют газовые потери и фильтрат.
Для собственных нужд завода расходуется 50 % получаемого биогаза.
Биогаз можно использовать в исходном состоянии с получением 23400 кДж/м3 тепла или после очистки от диоксида углерода и сероводорода с получением 35600 кДж/м3 тепла.
Наряду с отходами завод принимает на переработку некоторые виды отходов сельскохозяйственного производства и пищевой промышленности.
Для отходов животноводческих хозяйств в России серийно выпускается несколько типоразмеров установок – КОБОС-1, БИОГАЗ-310С, Биофильтр БФ-500 – производительностью 30-80 т (по материалу исходной влажности) в сутки. Выход биогаза до 160 м3 на 1 т сухой массы отходов.
Однако, в настоящее время данные заводы так же не нашли широкого применения, из-за низкого качества компоста, высокой забалластированности биогаза, небольшой производительности и как, следствие этого, высокой удельной стоимости.
Технология переработки отходов в этанол
Одним из направлений анаэробной биотермической переработки отходов является получение этанола.
Биоэтанол – это жидкое спиртовое топливо (С2Н5ОН), которое производится путем ферментации из сельскохозяйственной продукции, содержащей крахмал или сахар, например, из кукурузы, зерновых или сахарного тростника. Такой биоэтанол относится к биотопливу первого поколения. В отличие от спирта, из которого производятся алкогольные напитки, топливный этанол не содержит воды и производится укороченной дистилляцией (две ректификационные колонны вместо пяти), поэтому содержит метанол и сивушные масла, а также бензин, что делает его непригодным для питья. Он считается важной составляющей бензина и высоко ценится благодаря содержанию кислорода и высокому октановому числу (как у бензина марки Аи-108).
В России источником получения растительной биомассы для получения этанола на сегодняшний день является зерно злаковых, причем могут быть использованы низкосортные высокопродуктивные технические сорта зерна, непродовольственное фуражное зерно, а также морозобойное или поврежденное болезнями зерно. На сегодняшний день в России заявлено о строительстве нескольких заводов по производству топливного биоэтанола. Однако пока производить биоэтанол российским производителям невыгодно. Себестоимость производства литра спирта составляет 18-20 рублей, но он облагается акцизом на спиртосодержащую продукцию в размере 159 рублей за литр.
Кроме того, Россия обладает всеми необходимыми мощностями для производства топливного этанола по гидролизной технологии. Этанол в России выпускается по нескольким нормативно-техническим документам: ГОСТ 18300 и ТУ 242-117-00151727-98.
На базе технологий гидролиза растительной биомассы в 30-70 гг. прошлого столетия в СССР была создана гидролизная промышленность (более 40 гидролизных и биохимических заводов), где в качестве сырья использовались в том числе некоторые виды отходов пищевой продукции.
В настоящее время в России имеются свободные мощности по производству этилового спирта в объеме 250 тыс. т/год, в том числе половина – из возобновляемых источников. На сегодняшний день Россия – единственная страна в мире, которая обладает многолетним промышленным опытом, позволяющим получать этанол по гидролизным технологиям.
В нашей стране сложилась уникальная ситуация, которая позволит достаточно быстро обеспечить топливную промышленность высокоэффективными оксигенами на базе технического этилового спирта с использованием действующих мощностей гидролизных заводов.
Нормативно-техническая документация на топливную добавку разработана и зарегистрирована в Минэкономразвития. С 01.07.2002 г. введен ГОСТ Р 51866-2002 (ЕН-228-99), предусматривающий выпуск автомобильных бензинов, содержащих до 5% спирта. Разработан и утвержден национальный стандарт ГОСТ Р 52202-2004 Топливо моторное этанольное для автомобильных двигателей с принудительным зажиганием.
В настоящее время суммарные производственные мощности по выпуску топливной добавки на основе этилового спирта составляют в России 140 тыс. т/год, что соответствует 2800 тыс. т экологически чистого автомобильного бензина. Существующая технология, наличие квалифицированных рабочих кадров и организация производства на гидролизных заводах позволяет без значительных дополнительных затрат осуществлять выпуск топливных добавок на основе производимой ими продукции – этилового спирта.
Увеличение цены спирта и ужесточение режима его потребления (квотирование, лицензирование, специальные разрешения на поставку и т. д.) для технических целей резко снижает объемы сбыта и ведет к сворачиванию производства, что, в свою очередь, неизбежно приводит к росту себестоимости. Буквально единицы предприятий в этих условиях сохраняют рентабельное производство и держатся на плаву.
К настоящему времени в нашей стране сложилась ситуация, приведшая к появлению невостребованных (избыточных) мощностей производства технического этилового спирта (включая гидролизный и синтетический), что может привести к негативным последствиям социального характера. Перевод большей части спиртовых производств на выпуск топливного этанола обеспечит полную загрузку производственных мощностей, что также решит социальную проблему в отрасли и на прилегающих территориях.
В Минпромэнерго РФ решили перепрофилировать заводы, производящие гидролизный этиловый спирт, в производящие добавки к моторному топливу. В этой связи Минпромэнерго РФ был подписан приказ № 000 от 14 ноября 2005 г. «Об образовании межведомственной рабочей группы по рассмотрению вопроса о перепрофилировании заводов, производящих этиловый спирт гидролизный из непищевого сырья на производство добавок к моторному топливу».
Одним из факторов, сдерживающих применение этанола в топливе, является его стоимость, которая по сравнению со стоимостью традиционного топлива достаточно высока (в 2-3 раза дороже бензина).
Мировое производство биоэтанола в 2008 г. составило около 40 млрд. литров, из которых 45% пришлось на Бразилию и 44.7 % - на США. Этанол в Бразилии производится из сахарного тростника, а в США – из кукурузы.
Для получения этанола, используют две технологии: брожение и гидролиз.
Брожение
Известен с давних времен способ получения этанола – спиртовое брожение органических продуктов, содержащих углеводы, виноград, плоды и т. п. под действием ферментов дрожжей и бактерий. Аналогично выглядит переработка крахмала, картофеля, риса, кукурузы и проч. Реакция эта довольно сложна, ее схему можно выразить уравнением:
С6Н12О6 2 С2Н5ОН + 2СО2
В результате брожения получается раствор, содержащий не более 15% этанола, так как в более концентрированных растворах дрожжи обычно гибнут. Полученный таким образом этанол нуждается в очистке и концентрировании, обычно путем дистилляции.
Промышленное производство спирта из биологического сырья
Современная промышленная технология получения спирта этилового из пищевого сырья включает следующие стадии:
- подготовка и измельчение крахмалистого сырья – зерна (прежде всего – ржи, пшеницы), картофеля, кукурузы и т. п.;
- ферментация.
На подавляющем большинстве спиртовых производств мира ферментативное расщепление крахмала до спирта при помощи дрожжей оставлено. Для этих целей применяются рекомбинатные препараты альфа-амилазы, полученные биоинженерным путем – глюкамилаза, амилосубтилин.
- брагоректификация. Осуществляется на разгонных колоннах.
Отходами бродильного производства являются барда и сивушные масла. Барда используется для производства кормов.
Гидролизное производство
В промышленных масштабах этиловый спирт получают из сырья, содержащего целлюлозу (древесина, солома), которую предварительно гидролизуют. Образовавшуюся при этом смесь пентоз и гексоз подвергают спиртовому брожению. Технология гидролизного производства следующая:
Целлюлоза подвергается гидролизу, в процессе которого она реагирует с водой в присутствии соляной кислоты в качестве катализатора. Давление в реакторе 3 Мпа. При температуре 230оС в 0,4 % - ном растворе кислоты время получения максимальной конверсии составляет 12 мин.
HCℓ
С6Н10О5 + Н2О С6Н12О6
Далее следует быстрое охлаждение водой, нейтрализация с помощью карбоната кальция и фильтрация. Полученный раствор сбраживают с получением этанола и барды
Микроорганизмы
С6Н12О6 2 С2Н5ОН + 2СО2
При гидролизе происходит две реакции: целлюлоза восстанавливается в сахар, сахар же под действием горячей разбавленной кислоты распадается, причем скорость восстановления и распада зависит от концентрации кислоты, температуры и времени.
Е5, Е7, Е10 – смеси с низким содержанием этанола (5, 7 и 10 весовых процентов, соответственно), наиболее распространенные в наши дни. В этих случаях добавка этанола не только экономит бензин путем его замещения, но и позволяет удалить вредную оксигенирирующую добавку МТБЭ.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 |
Основные порталы (построено редакторами)